Однако каждая копия будет строить ещё большее количество копий. Значит первый репликатор соберёт копию за одну тысячу секунд, дальше два репликатора построят еще два за следующую тысячу секунд, четыре построят ещё четыре, а восемь построят ещё восемь. В конце десяти часов будет иметься не просто тридцать два новых репликатора, а более 68 миллиардов. Менее чем за день одни бы весили тонну; менее чем за два дня одни бы стали весить больше, чем Земля; ещё через четыре дня одни бы превысили по массе Солнце и все планеты вместе взятые – если бутылка с химическими веществами не опустеет до этого момента.
Постоянное удвоение означает экспоненциальный рост. Репликаторы умножаются по экспоненте если нет ограничений, таких как недостаток места или ресурсов. Бактерии это делают, и примерно с той же самой скоростью как репликаторы, описанные только что. Люди воспроизводятся намного более медленно, однако если им дать достаточно времени, они также могли бы превзойти любой конечный источник ресурсов. Беспокойство о росте населения никогда не потеряет своей важности. Забота о том, как контролировать новые быстрые репликаторы, скоро станет действительно важной.
Машины, способные схватить и куда-то поместить отдельные атомы будут способны строить почти всё что угодно, связывая нужные атомы вместе нужным образом, как я это описал в конце Главы 1. Безусловно, строительство больших объектов по одному атому будет медленным.
Чтобы быстро создавать большие объекты, должно сотрудничать большое число ассемблеров сотрудничать, но репликаторы будут производить ассемблеры тоннами. Действительно, при правильной конструкции различие между ассемблерной системой и репликатором будет заключаться целиком в программе ассемблера.
Если самовоспроизводящийся ассемблер может сделать свою копию за тысячу секунд, то его можно запрограммировать, чтобы он построил что-нибудь ещё своего размера с той же скоростью. Точно так же тонна репликаторов может быстро построить тонну чего-нибудь еще – и продукт будет иметь все свои миллиарды миллиардов миллиардов атомов в правильных местах, только с очень небольшой долей расположенных ошибочно.
Чтобы понять способности и ограничения этого метода сборки больших объектов, представьте себе плоский лист, покрытый маленькими сборочными манипуляторами – может быть армией репликаторов, запрограммированных для строительных работ и выстроившихся правильными рядами. Конвейеры и каналы связи за ними снабжают их молекулами для реакций, энергией и инструкциями по сборке. Если каждый манипулятор занимает площадь в 100 атомных диаметров, то позади каждого ассемблера будет место для конвейеров и каналов в сумме приблизительно в 10,000 атомов площади по диагонали поперечного сечения.
Похоже, этого места достаточно. Место в десять или двадцать атомов шириной может вмещать конвейер (возможно основанный на молекулярных поясах и шкивах). Канал в несколько атомов шириной может содержать молекулярный стержень, который, подобно стержням в механическом компьютере, упомянутым в главе 1, будет толкать и тянуть, чтобы передавать сигналы. Все манипуляторы будут работать вместе для построения широкого, твердую структуру слой за слоем. Каждый манипулятор будет ответственен за собственную область, работающую приблизительно с 10,000 атомами на слой. Лист ассемблеров, обрабатывающий 1,000,000 атомов в секунду на один манипулятор, закончит приблизительно одну сотню атомных слоев в секунду. Это может казаться слишком быстрым, но с этой скоростью, наращение толщины с бумажный лист будет занимать около часа, а создание плиты толщиной в метр займет в год.
Более быстрые манипуляторы могли бы ускорить сборку до более чем метра в день, но они выделят больше ненужного тепла. Если они могли бы строить слой толщиной в метр за день, высокая температура от одного квадратного метра могла бы поджаривать одновременно сотни бифштексов и могла бы поджарить молекулярные машины.
Представьте себе попытку построить дом путём склеивания отдельных зёрен песка. Добавление слоя зёрен могло бы занять у машин, склеивающих зёрна, так много времени, что выращивание стен дома будет занимать десятилетия. Теперь представьте себе, что машины на фабрике вначале склеивают зёрна в кирпичи. Фабрика может работать сразу с многими кирпичами. С достаточным количеством машин, склеивающих зёрна, кирпичи могли бы вырастать быстро; сборщики стен могли бы далее быстро строить стены, складывая уже собранные кирпичи. Аналогично молекулярные ассемблеры будут работать вместе с большими ассемблерами, которые будут быстро строить большие объекты: машины могут быть любого размера от молекулярного до гигантского. При таком подходе большая часть тепла, выделяемого при сборке будет рассеиваться далеко от места сборки, при производстве частей.
Строительство небоскрёба и архитектура живого предлагают аналогичный способ строить большие объекты. Большие растения и животные имеют сосудистые системы, сложные системы каналов, которые несут материалы к молекулярным машинам, работающим везде в их тканях. Подобным образом после того как сборщики закончат каркас небоскрёба, "сосудистая система" здания – эскалаторы и коридоры, с помощью кранов – будут переносить строительные материалы к рабочим по всему внутреннему объёму здания. Сборочные системы также могли бы использовать эту стратегию, вначале возводя леса и далее работая внутри по всему объёму, соединяя материалы, принесённые по каналам извне.
Представьте себе этот подход, используемый для «выращивания» большого двигателя ракеты, работающий внутри чана на промышленном предприятии. Чан – сделанный блестящей стали, со стеклянным окном для удобства посетителей возвышается выше человеческого роста, так как он должен содержать законченный двигатель. Трубы и насосы связывают его с другим оборудованием и к теплообменникам с водяным охлаждением. Это устройство позволяет оператору пропускать через чан различные жидкости.
Чтобы начать процесс, оператор откидывает крышку чана, и опускает в него опорную плиту, на которой будет строиться двигатель. Далее крышка опять плотно закрывается. По нажатию кнопки, насосы затопляют ёмкость густой молочной жидкостью, которая затопляет плиту и делает неясным видное в окошко. Эта жидкость течёт из другого чана, в котором воспроизводящиеся ассемблеры вырастили и перепрограммировали, заставив их скопировать и распространить новую ленту инструкций (немного похоже на заражение бактерии вирусом). Эти новые ассемблерные системы, меньшие чем бактерия, рассеивают свет и из-за этого жидкость выглядит молочной. То, что они в жидкости преобладают, делает её густой.
В центре опорной плиты, глубоко в кружащейся, загруженной ассемблерами жидкости, находится «семя». Оно содержит нанокомпьютер с хранящимися планами машины, а на его поверхности находятся места, к которым прикрепляются ассемблеры. Когда ассемблер прилипает к нему, они соединяются друг с другом и семя-компьютер передаёт инструкции компьютеру ассемблера. Это новое программирование сообщает ему, где он находится по отношению к семени, и даёт ему команду протянуть свои манипуляторы и зацепить другие ассемблеры. Далее они подключаются тоже и программируются подобным образом. Подчиняясь инструкциям, получаемым от семени (которые распространяются через расширяющуюся сеть ассемблеров) из хаоса жидкости растёт что-то вроде кристалла, состоящего из ассемблеров. Так как каждый ассемблер знает своё место в плане, он зацепляет другие ассемблеры только когда необходимо. Это образует структуру менее правильную и более сложную, чем естественный кристалл. За несколько часов каркас из ассемблеров вырастает так, что уже соответствует планируемой конечной форме ракетного двигателя.
Тогда насосы чана возвращаются к жизни, заменяя молочную жидкость одиночных ассемблеров чистой смесью органических растворителей и растворённых веществ, включая алюминиевые сплавы, компоненты, обогащённые кислородом, и компоненты, служащие в качестве топлива для ассемблеров. По мере того, как жидкость становится более прозрачной, форма двигателя ракеты становится видимой через окно, напоминая модель в полном масштабе, вылепленную в прозрачной белой пластмассе. Затем, сообщение, распространяющееся от семени, предписывает нужным ассемблерам освободить своих соседей и свернуть свои манипуляторы. Они вымываются из структуры быстрой белой лентой, оставляя прочную структуру связанных ассемблеров, оставляя теперь достаточно пространства для работы. Очертания двигателя в чане вырастают почти прозрачными, с небольшой радужностью.